DE625629C - Brennstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung· bezieht sich auf Verbrennungsmotoren, insbesondere kompressorlose Verbrennungsmotoren und betrifft, näher bestimmt, eine Vorrichtung bei Motoren dieser Art, bei denen die Zuführung des Brennstoffes oder des Brennöles zu den Einspritzorganen des Arbeitszylinders mittels einer gewöhnlichen Brennstoffpumpe geschieht, die mit einem verhältnismäßig niedrigen Pumpendruck arbeitet, und bei denen der für das Einspritzen erforderliche hohe Druck von einer Hochdruckpumpe erzeugt wird, die vorzugsweise mit Luft oder einem anderen Druckgas angetrieben wird. Bei-solchen Mo-

IS toren ist die Hochdruckpumpe gewöhnlich mit einem Differentialkolben versehen, auf dessen größerer Arbeitsfläche die Treibgase wirken und dessen kleinere Arbeitsfläche ihrerseits einen Druck auf das Brennöl ausübt. Wenn während des Arbeitshubes der Öldruck einen gewissen Wert erreicht hat, öffnet dieser in bekannter Weise ein Nadelventil unter Überwindung eines Federdrukkes, und das Öl wird durch Löcher in der Einspritzdüse durchgepreßt und in den Arbeitszylinder eingespritzt. Der Abschluß der Einspritzung geschieht derart, daß die Ventilnadel, wenn der Öldruck genügend gesunken ist, damit der Ventilfederdruck diesen überwinden kann, durch die Ventilfeder gegen ihren Sitz geführt wird und die Düsenlöcher zudeckt. Dieser Abschluß geschieht immerhin nicht plötzlich genug, weshalb ein Nachtropfen mit daraus erfolgender Koksbildung' auftreten kann.

Die Erfindung· hat unter anderem zum Zweck, diesen Nachteil zu beseitigen. Die Erfindung besteht in erster Linie darin, daß das Ventilorgan, welches bestimmt ist, nach dem Einspritzen die Spritzdüse zu verschließen, vom Hochdruckpumpenkolben zwangsläufig und unter vollem Öldruck gegen seinen Sitz geführt wird und dabei die Einspritzlöcher der Düse so plötzlich zuschließt, daß ein Nachtropfen verhindert wird. Die Erfindung umfaßt auch zu diesem Zwecke geeignete Ausführungsformen des Ventilorgans in der Einspritzdüse sowie ein in besonderer Weise geformtes Ventil zur Regelung der Zu- und Abführung des zum Antrieb der Hochdruckpumpe bestimmten Druckgases zu bzw. von dieser Pumpe. Auf den beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung in drei verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht. Sämtliche Abb. 1 bis 3 zeigen schematisch einen Schnitt nach der Längsachse der Einspritzdüse.

Abb. ι bis 3 zeigen je eine Ausführungsform der Erfindung einschließlich einer zweckmäßigen Ausführungsform der Hoch- öa druckpumpe.

Abb. 3 dagegen zeigt nur ein Bruchstück

der Vorrichtung mit den dem Motorzylinder am nächsten liegenden-Teilen der Einspritzvorrichtung.

In den gezeigten · Ausführungsformen besteht die Hochdruckpumpe in bekannter Weise aus einer Kolbenpumpe mit Differentialkolben, dessen größerer Kolben ι in einem Zylinder io arbeitet und mittels Druckluft oder Druckgas angetrieben wird und dessen kleinerer Kolben 2 als Tauchkolben ausgebildet ist, der in einer ■ Bohrung 7 in den in der Motorzylinderwand c eingesetzten Düsenkörper m eingepaßt ist. Der Druckgaszylinder io ist auf der Außenseite (Oberseite) des Düsenkörpers angebracht, und in dessen Deckel ist das Druckgasventil eingesetzt.

In den hier gezeigten Beispielen wird in gleichfalls bekannter Weise die zum Einspritzen in den Arbeitsz3dmder bestimmte Brennstoffmenge mittels der Niederdruckpumpe geregelt, so daß der Brennstoff in geregelten Mengen zum Einlaßkanal 5 im Düsenkörper gelangt. In diesem Kanal 5, der in der Ausbohrung 7 einmündet, ist ein Rückschlagventil 6 angebracht, und vor diesem Ventil steht der Kanal 5 in Verbindung mit einem Sammler, der aus einem in einem Zylinder 66 beweglichen Kolben 6¹/ besteht, wobei der Kolben 67 entgegen der Wirkung einer Druckbelastung, z. B. einer Feder χ 8, im Zylinder 66 unter Einwirkung des Brenn-■ Stoffdruckes zur Sammlung des Brennstoffes ,. im Zylinder verschoben werden kann. Die Zylinderwand 28 ist mit einem Loch versehen, welches derart liegt, daß es während ' des normalen Betriebes des Motors stets vom Kolben 67 überdeckt wird. Nur wenn aus irgendwelchen Gründen, z. B. weil die Hochdruckpumpe infolge eines Fehlers keinen ^o Brennstoff aus der Leitung 5 entnimmt, in der Leitung 5 eine Brennstoffstauung ent steht, wird der Kolben so hoch gedrückt, daß er die öffnung 28 freigibt, so daß der Brennstoff durch dieses Loch hinausströmen kann. +5 Der Sammler dient somit auch als Sicherheitsventil für die Zulaufleitung.

Bei der in Abb. 1 gezeigten Ausführungsform ist das Brennstoffventil 11, welches im inneren Ende des Düsenkörpers m angeordnet ist, als Doppelventil ausgebildet, welches einerseits gegen einen Sitz 16 zum Abschließen der Einspritzöffnungen 13 der Einspritzdüse und andererseits gegen einen Sitz 12 zum Abschließen in der entgegengesetzten Richtung, nämlich gegen die Brennstoffkammer 7 der Hochdruckpumpe, anliegen kann. Gegen den letztgenannten Abdichtungssitz 12 wird das Ventilorgan 11 mittels einer Feder gedruckt. Das (vom Arbeitszylinder des Motors aus gerechnet) äußere Ende des Ventils kann mit einem Anschlagnansch.15 versehen sein, gegen den das innere Ende des Hochdrucktauchkolbens 2 entweder unmittelbar oder mittels einer am Ende des Tauchkolbens befestigten Feder 14 abstützt, wenn das Einspritzen am Ende des Einspritzhubes des Hochdrucktauchkolbens abgestellt werden .soll und der Ventilkörper gegen den Sitz 16 geführt wird.

Die Hochdruckpumpe kann mittels Druckluft oder einem anderen Druckgas betrieben werden. Zur Regelung der Zu- und Abfuhr zur bzw. von der Hochdruckpumpe ist ein (in nicht dargestellter Weise) vom Motor getriebenes Ventil angeordnet. Dieses ist gemäß Abb. 1 mit zwei konzentrischen Spindeln, einer inneren Spindel 8 und einer äußeren Spindel 9, mit gemeinsamer Längsachse versehen. Die innere Ventilspindel 8 trägt am inneren Ende eine Dichtungsfläche, die mit einer Auslaßöffnung 9/ in der äußeren Ventilspindel 9 zusammenwirkt. Das äußere Ventil 9 steht in Verbindung mit einer Einlaßöffnung zur Arbeitskammer der Hochdruckpumpe für das zum Ventilgehäuse 30 durch eine Öffnung 30" eintretende Druckgas. Das von der inneren Spindel 8 ausgelassene Druckgas strömt durch Seitenöffnungen 9" in die ausgebohrte äußere Spindel 9 und einen Kanal 30'" im Ventilgehäuse 30 aus. Die innere Spindel 8 wird während des Ausströmens des Druckgases von ihrem Sitz in der äußeren Spindel 9 mittels einer Feder 40 abgehoben gehalten, wobei die äußere Spindel durch eine Feder 41 gegen ihren Sitz im Ventilgehäuse gedrückt gehalten wird. Das äußere Ende der äußeren Spindel ist mit einem Entlastungskolben 29 in einer zylindrischen Kammer 30' im Ventilgehäuse 30 versehen. Diese Kammer 30' ist durch einen Kanari mit dem Arbeitszylinder 10 der Hochdruckpumpe verbunden. Wenn die Einspritzung eingeleitet werden soll, wird die innere Spindel 8 nach innen (nach unten) entgegen d&r Kraft der Feder 40 gedrückt. Wenn sie mit ihrem- inneren Ende den Sitz erreicht, folgt die äußere Spindel 9 in dieser Bewegung mit und läßt Druckgas in den Zylindern 10 ein. Der Druck nach außen (oben), den das Gas im Zylinder auf beide Spindeln ausübt, wird mittels des Entlastungskolbens ausgeglichen, indem die Kammer 30' durch den Kanal 31 denselben Druck erhält wie der Zylinder 10.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Abb. ι ist im übrigen die folgende:

Das von der Niederdruckpumpe durch den Kanals einströmende Brennöl strömt über das Rückschlagventil 6 und gelangt von dort in den Raum 7. Dabei wird der Kolben 2, 1 nach außen (oben) gerade so viel verschoben, wie der zugeführten Brennstoffmenge ent-

spricht. Wenn die Einspritzung stattfinden soll, läßt die Ventilvorrichtung 8, 9 Druckgas in den Zylinder 10 'ein; der Kolben 1 und 2 wird nach innen (unten) gedruckt, das Rückschlagventil schließt sich, und das Brennöl strömt am Dichtungssitz 12 des Doppelventils 11 vorbei und wird durch die Düsenlöcher 13 in die Verbrennungskammer des. Arbeitszylinders des Motors eingespritzt.

Wenn der Kolben 2 so weit nach innen gekommen ist, daß die Feder 14 den Anschlagflansch 15 auf dem Doppelventil 11 erreicht, folgt dieses nach unten mit, bis es seinen Sitz 16 erreicht. Dabei werden die Düsenlöcher 13 plötzlich geschlossen und die Brennstoffeinspritzung abgestellt. Der Kolben 2 wird vom Brennöl im Zylinder 7 abgebremst. Sogleich nach dem Abschluß der Einspritzung werden die Druckgase aus dem Zylinder 10 entlassen. Der Kolben 2 und das Ventil 11 werden von den Federn 17 und 14 nach außen verschoben. Das Ventil 11 legt sich gegen seinen Sitz 12 an. Das Brennöl, das während der Einspritzperiode gegebenenfalls durch den Kanal eingeströmt ist, hat sich im Sammler 18 angehäuft und drückt nun den Kolben 2 so weit nach außen, wie der betreffenden Brennstoffmenge entspricht. Bei der nächsten Einspritzung wird dieser Vorgang wiederholt.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 ist an Stelle des Dichtungssitzes 12 für das Ventilorgan an dessen äußerem Ende ein Kolben 22 angeordnet, der dicht in einer Ausbohrung im Düsenkörper m eingepaßt ist,- Die beiden Endflächen dieses Kolbens 22 sind dem Druck des Brennstoffes ausgesetzt, indem die innere Endfläche vom Druck in der das Ventilorgan umschließenden Ventilkammer 19, zu welcher der Zulaßkanal vom Rückschlagventil 6 her leitet, und die äußere Endfläche vom Druck in einem direkt an den Kanal 5 angeschlossenen Kanal S' beeinflußt wird. Das Ventilorgan wird weiterhin von einer Feder 20 be-

*5 lastet, die danach strebt, dieses gegen den Sitz 16 mit den Düsenlöchern 13 zu drücken. Durch eine Seitenöffnung 7' steht die Brennölkammer 7 der Hochdruckpumpe in Verbindung mit dem Kanal 5. In der Endfläche des

So Hochdruckkolbens 2 kann ein von einer Feder beeinflußtes Anschlagorgan 24 eingesetzt sein, und zur Überführung der Bewegung des Hochdruckkolbens auf den Kolben 22 ist eine Spindel 2^ in ihrer Längsrichtung verschiebbar im Düsenkörper zwischen den Kolben 2 und 22 angeordnet. Die Spindel 23 wird von einer Rückführungsfeder 23' betätigt, die nach einem Eindrücken danach strebt, die Spindel in ihre Ausgangslage zurückzuführen, Das Veutilorgan und der Differentialkolben der Hochdruckpumpe sowie auch die Spindel 23 sind, wie ersichtlich, mit einer gemeinsamen Längsachse außen -an- (über-) einander im Düsenkörper m angeordnet.

Das für den Antrieb der Hochdruckpumpe erforderliche Druckgas wird hier dem Arbeitszylinder des Motors entnommen, nämlich durch einen Kanal 32, der durch ein Rohr 25 in Verbindung mit dem Druckgasventil 21 der Pumpe steht. " Zwischen diesem Ventil und dem Rohr 25 kann ein selbsttätiges Lufteinlaßventil 26 eingeschaltet sein. Der Rauminhalt des Kanals 32 und des Rohres 25 ist insgesamt mindestens gleich groß wie das maximale Hubvolumen des Kolbens 1.

Die Wirkungsweise für die in Abb. 2 gezeigte Vorrichtung ist die folgende:

Das von der Niederdruckpumpe durch den Kanal 5 eintretende Brennöl strömt über das Rückschlagventil 6 und gelangt von dort zu den Kammern 7 und 19. Der Kolben 2, 1 wird dabei so weit nach oben gedrückt, wie der zugeführten Brennstoffmenge entspricht. Das Ventil 3 wird von der Feder 20 gegen den Sitz 16 gedruckt. Wenn die Einspritzung 8g eingeleitet werden soll, läßt das Ventil 21 Druckgas in den Zylinder 10 durch das Rohr 25 vom Arbeitszylinder hinein. Der Kolben 1, 2 wird nach innen gedruckt, das Rückschlagventil 6 schließt sich, und der Druck pflanzt go sich zur Kammer 19 fort. Der Kolben 22 und damit das Ventil 3 werden nach außen gegen den Anschlag, die Spindel 23 gedrückt, und das Brennöl wird durch die Löcher 13 eingespritzt. Wenn der Kolben 1, 2 so weit nach innen verschoben worden ist, daß der Anschlag 24 die Spindel 23 trifft, folgt diese und somit das Ventil 3 der nach innen gerichteten Bewegung mit, bis das Organ 3 seinen Sitz 16 erreicht und dadurch das Einspritzen abstellt. Wenn der Druck im Arbeitszylinder und somit auch im Rohr 25 und dem Zylinder 10 genügend gesunken ist, wird der Kolben 2 vom Brennöl wieder nach außen gedrückt, das Organ 3 verbleibt gegen seinen Sitz 16 angedrückt, während die Spindel 23 in ihre ursprüngliche Lage zurückkehrt. Während des Saughubes der Maschine (des Motors) wird Frischluft durch das selbst-* tätige Lufteinlaßventil 26 in das Rohr 25 an- 1.10 gesaugt, welches somit mit Luft niedriger Temperatur gefüllt wird.

Die Ausführungsform nach Abb. 3 ,weicht von der in Abb.- 2 gezeigten dadurch ab, daß die Bewegung des Hochdruckkolbens 1, 2 hier dem Ventil 3 und dessen Kolben 22 durch ein Druckmittel mitgeteilt wird. Die Ausbohrung, in welcher der Kolben 22 eingepaßt ist, ist nach außen in die Kammer 7 verlängert, und das innere Ende des KoI-bens 2 ist zu einem Tauchkolben 33 ausgebildet, der in diese Verlängerung 35 hin-

einpaßt. Am Ende des Einspritzhubes deckt der Tauchkolben 33;jeine.Üffnung 34 zu, durch die der Brennstoffkanal 5' in die Ausbohrung ausmündet. Danach wird der Druck'in dieser unter dem Tauchkolben 33 steigen, was zur Folge hat, daß der Kolben 22 und das Ventil 3 gegen ihren Sitz mit den Düsenöffnungen geführt wird, wodurch das Einspritzen abgestellt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die nur als Beispiel beschriebenen und gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern es können auch Abweichungen von denselben innerhalb des Erfindungsbereiches vorkommen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Brennstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungsmotoren, insbesondere kompresserlose Motoren, bei denen der Brennstoff durch eine Niederdruckpumpe der vorzugsweise mit Druckgas angetriebenen Hochdruckpumpe zur Erzeugung des erforderlichen hohen Einspritzdruckes zugeführt und der Brennstoff dutfch eine Düse eingespritzt wird, deren Durchlaßlöcher oder -loch von einem beweglichen Ventil freigelegt bzw. zugedeckt werden können bzw. kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zwecks plötzlicher Beendigung der Einspritzung vom Hochdruckpumpenkolbeii zwangsläufig in die die Düse abschließende Lage geführt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil aus einem Doppelventil (11) mit einem Dichtungssitz zum Abschließen der Einspritzlöcher der Düse und einem Dichtungssitz zum Abschließen in der entgegengesetzten Richtung, nämlich gegen die Brennstoffkammer der Hochdruckpumpe hin, besteht und durch eine Feder

   (17) nach dem letzteren hin gedrückt wird (Abb. 1).
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenventil (3) mit einem in einer Bohrung des Düsenkörpers .(m) dicht geführten Kolben (22) versehen ist, auf den der Hochdruckpumpenkolben (2) mittels eines gleichfalls in dem Düsenkörper (m) dicht geführten, gewöhnlich durch eine Feder (²3') ^von dem Kolben (22) entfernten Stößel (23) einwirkt, und daß die von der Einspritzdüse abgekehrte Seite des Kolbens (22) durch einen Kanal (5') mit der Zuführungsleitung (5) von der Niederdruckpumpe in offener Verbindung steht and die der Einspritzdüse (13) zugewandte Seite des Kolbens (22) mit der genannten Zuführungsleitung (5) über ein Rückschlagventil (6) und mit dem Arbeitsraum (7) der Hochdruckpumpe (2) in offener Verbindung steht (Abb. 2).
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da'ß das zur Regelung des Ein- und Auslasses des zum Antrieb der Hochdruckpumpe dienenden Druckgases zu bzw. aus dieser Pumpe dienende Organ aus einer äußeren hohlen, in einem Ventilgehäuse geführten, federbelasteten Ventilspindel (9), welche an dem dem Pumpenkolben (1) zugewandten' Ende einen mit einem im Ventilgehäuse . angeordneten Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilteller trägt, welcher, in der Mitte eine mit Ventilsitz versehene öffnung (9') besitzt, und einer die genannte öffnung (9') steuernden, gleichachsig im Innern der Hohlspindel (9) angeordneten, ebenfalls federbelasteten Spindel (8) besteht, wobei die innere Ventilspindel (8) den Auslaß des Gases durch das Innere . der äußeren hohlen Ventilspindel (9) steuert und die letztere, welche zur Entlastung an ihrem dem Pumpenkolben (1) abgekehrten Ende zu einem dem Druck des treibenden Druckgases ausgesetzten Kolben (29) ausgebildet ist, den Einlaß des Gases steuert.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bei solchen Verbrennungsmotoren, bei denen der Antriebszylinder der als Kolbenpumpe ausgebildeten Hochdruckpumpe mit der Arbeitskammer des entsprechenden Motorzylinders durch einen Kanal verbunden ist, durch welchen der Hochdruckpumpenkolben dem in der Arbeitskammer des Motor zylinder s herrschenden Druck ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauminhalt des den Antriebszylinder der Pumpe und den Motorzylinder verbindenden Kanals (32, 25) mindestens so groß ist wie das Hubvolumen des Triebkolbens (1) der Hochdruckpumpe (2) , und im Kanal (32, 25) ein nach innen öffnendes Rückschlagventil oder sonstiges selbsttätiges Einlaßventil (26) vorgesehen ist, welches beim Saughub des Motorkolbens Frischluft in den Kanal (32, 25) einläßt, so daß beim Verdichtungshub des Motorkolbens diese Luft zum Antrieb der Hochdruckpumpe verdichtet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen